專利名稱：一種網(wǎng)絡(luò)型電力黑匣子的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種適用于配電自動(dòng)化系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)型電力黑匣子，屬于數(shù)據(jù)采 集技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著改革開放的逐漸深入，電力逐步市場(chǎng)化，用電的供需矛盾逐漸趨于平 衡，在此背景下，用戶需求從"有電用"變成"有高質(zhì)量、高可靠性的電力能 源用"，進(jìn)而提出對(duì)供電質(zhì)量和供電可靠性要求的需求。配電網(wǎng)自動(dòng)化作為達(dá) 到上述目標(biāo)的一種重要技術(shù)手段應(yīng)運(yùn)而生。
配電自動(dòng)化系統(tǒng)(Distribution Automation System,簡(jiǎn)寫為DAS)是一種 可以使配電企業(yè)在遠(yuǎn)方以實(shí)時(shí)方式監(jiān)視、協(xié)調(diào)和操作配電設(shè)備的自動(dòng)化系統(tǒng)。 其內(nèi)容包括配電網(wǎng)數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控(SCADA)，配電地理信息系統(tǒng)(GIS)和需方管 理(Demand Side Management,簡(jiǎn)寫為DSM)幾個(gè)部分。其中配電網(wǎng)數(shù)據(jù)采集和 監(jiān)控部分是實(shí)現(xiàn)配電自動(dòng)化的關(guān)鍵
本著"故障檢測(cè)準(zhǔn)確、故障隔離迅速和網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)慎重"的原則，配電網(wǎng)自 動(dòng)化從運(yùn)行管理的模式上，正向著分層、分布式、開放系統(tǒng)的方向發(fā)展，配電 終端設(shè)備逐漸智能化和一體化，從提高配電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性和效率，提高供電 質(zhì)量，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，充分利用現(xiàn)有設(shè)備的能力，縮短停電時(shí)間和減少停電面 積，歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和管理，歷史事件/事故報(bào)警記錄等方面，為供電系統(tǒng)帶來 可觀的經(jīng)濟(jì)效益和很高的安全保障。
4目前，各企業(yè)的配電終端使用的通信協(xié)議并不兼容。傳統(tǒng)的調(diào)度自動(dòng)化或
遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)的RTU僅是一個(gè)完成"上傳數(shù)據(jù)，下達(dá)命令"任務(wù)的現(xiàn)場(chǎng)終端單元。 在配電自動(dòng)化系統(tǒng)中，人們愈來愈傾向于使用一個(gè)微機(jī)化自動(dòng)裝置完成更多的 功能，RTU、保護(hù)、錄波器、PLC (可編程邏輯控制器)以及儀表的界限正在消 失。因此，配電自動(dòng)化系統(tǒng)遠(yuǎn)方終端正在向綜合性的微機(jī)化自動(dòng)裝置發(fā)展，除 了完成"上傳下達(dá)"任務(wù)外，還能不依賴于主站完成一些當(dāng)?shù)刈詣?dòng)控制功能， 如低周減載、備用電源自投等。另一方面， 一些過去相對(duì)獨(dú)立的微機(jī)自動(dòng)化裝 置，如線路、變壓器保護(hù)裝置等，要能夠與主站通信，完成RTU所具有的數(shù)據(jù) 采集和控制功能。
從國(guó)內(nèi)外配電自動(dòng)化系統(tǒng)采用的通信方式看，尚沒有一種通信技術(shù)可以很 好的滿足配電系統(tǒng)自動(dòng)化所有層次的需要。在一個(gè)配電自動(dòng)化系統(tǒng)內(nèi)，往往由 多種通信技術(shù)組合成綜合的通信系統(tǒng)，各個(gè)層次按實(shí)際需要采用合適的通信方 式。從應(yīng)用的角度看，由于配電自動(dòng)化存在其本身的特點(diǎn)，如容量大、故障記 錄信息及定值遠(yuǎn)傳、遠(yuǎn)方抄表等，傳統(tǒng)的通信規(guī)約不能夠很好的滿足使用要 求，因此給實(shí)現(xiàn)配電自動(dòng)化又帶來了困難。另一方面，由于配電網(wǎng)和輸電網(wǎng)自 身特點(diǎn)不同，輸電網(wǎng)自動(dòng)化許多成熟技術(shù)僅可借鑒，并不能直接使用。種種原 因?qū)е挛覈?guó)目前配電網(wǎng)的自動(dòng)化水平不高。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)目前市場(chǎng)上現(xiàn)有產(chǎn)品所存在的兼容性低、不能靈活配置、數(shù)據(jù)傳送方 式單一、自治性差等缺點(diǎn)，本發(fā)明提供了一種適用于配電自動(dòng)化系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)型 電力黑匣子，它能夠?qū)崿F(xiàn)多種不同現(xiàn)場(chǎng)終端單元通信協(xié)議的轉(zhuǎn)換，完成信息的 存儲(chǔ)與轉(zhuǎn)發(fā)；為滿足不同連接方式或連接終端的需要，電力黑匣子提供了多種 通信端口 ，在軟硬件設(shè)計(jì)上具有足夠的帶寬和通信速率并具有很強(qiáng)的通信抗干 擾性和安全性；考慮監(jiān)控系統(tǒng)組態(tài)的靈活性、可擴(kuò)展性以及對(duì)RTU終端的兼容 性，所發(fā)明的電力黑匣子具有可配置性，能夠?qū)崿F(xiàn)"任意端口掛接任意設(shè)備"；為滿足不同系統(tǒng)層次的需求，電力黑匣子具有很強(qiáng)的自治性，可以脫離 上位機(jī)獨(dú)立運(yùn)行并實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控層掛接的RTU模塊的監(jiān)視與控制。
為解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是網(wǎng)絡(luò)型電力黑匣子，由 通信模塊、微控制器模塊、顯示模塊、電源模塊以及配置程序組成。
通信模塊包括RS-485接口、調(diào)試串口、以太網(wǎng)接口和無線傳輸模塊接口。 微控制器模塊包括微控制器、NAND FLASH、 SDR層、DATA FLASH、 FR扁以及輔 助單片機(jī)電路。顯示模塊包括ll個(gè)狀態(tài)指示發(fā)光二極管(LED)，分別用于指 示電源狀態(tài)、RS-485接口以及RS-232接口的收發(fā)狀態(tài)。電源模塊由相互獨(dú)立的 兩個(gè)子模塊組成，其中的一個(gè)模塊為由一個(gè)+3.3V鋰電池構(gòu)成的供電電路，用 于在電力黑匣子斷電時(shí)維持系統(tǒng)時(shí)鐘正常運(yùn)行。
本發(fā)明具有可配置性，配置程序運(yùn)行于上位PC機(jī)中，用于對(duì)電力黑匣子的 端口掛接設(shè)備進(jìn)行配置。
RS-485接口其端口數(shù)量為4個(gè)，每一個(gè)端口均支持硬件數(shù)據(jù)流方向控制； 所述的調(diào)試串口用于實(shí)現(xiàn)電力黑匣子與上位機(jī)之間的命令交互；所述的以太網(wǎng) 接口為1個(gè)自適應(yīng)10/100M全雙工以太網(wǎng)，帶有隔離變壓器和狀態(tài)指示燈，用于 以有線方式傳送電力黑匣子所采集的數(shù)據(jù)；所述的無線傳輸模塊接口至少掛接 一個(gè)CDMA/GPRS/GSM終端，實(shí)現(xiàn)電力黑匣子所采集數(shù)據(jù)的無線傳輸。RS-485接 口對(duì)于掛接在其各端口上的數(shù)據(jù)采集終端(電力儀表)的數(shù)量、類型可通過配 置程序在上位機(jī)中進(jìn)行任意配置。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于l.數(shù)據(jù)傳送方式種類豐富，配置靈 活，適用環(huán)境、范圍廣泛；2.采用了統(tǒng)一的數(shù)據(jù)通信格式，以不同方式接入的 各種數(shù)據(jù)采集終端能夠以統(tǒng)一的流程與遠(yuǎn)程應(yīng)用系統(tǒng)通信；3.系統(tǒng)采用智能化 監(jiān)控、診斷算法，能夠自動(dòng)實(shí)現(xiàn)通信、終端設(shè)備等的故障定位、隔離；4.存儲(chǔ) 容量大，能夠儲(chǔ)存三個(gè)月以上的歷史故障、定值信息等數(shù)據(jù)；5.出現(xiàn)通信故障時(shí)，不影響系統(tǒng)對(duì)采集數(shù)據(jù)的正常存儲(chǔ)，可靠性高；6.能夠脫離上位機(jī)獨(dú)立運(yùn) 行，自治性好。


下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
圖l為本發(fā)明的功能模塊圖。
圖2為單個(gè)RS-485接口電路原理圖。
圖3為以本發(fā)明為核心的設(shè)備構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)化智能配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
圖4為本發(fā)明內(nèi)嵌的火災(zāi)綜合預(yù)警算法的程序流程圖。
圖5為適用于本發(fā)明的配置程序在上位機(jī)中的運(yùn)行界面之一。
具體實(shí)施例方式
如附圖1所示，網(wǎng)絡(luò)型電力黑匣子包括通信模塊l、微控制器模塊2、顯 示模塊3、電源模塊4以及配置程序5。
通信模塊l包括RS-485接口6、調(diào)試串口7、以太網(wǎng)接口8和無線傳輸模塊接 口9。其中RS-485接口6的接口數(shù)量總共為4個(gè)，單個(gè)RS-485接口6的電路原理圖 如圖2所示，電路中采用SN75LBC184芯片將微控制器本身自帶的異步串行總線 轉(zhuǎn)換為485總線，該芯片具有抗雷擊的特性，抗外界干擾能力強(qiáng)，同時(shí)采用 6N137高速光耦實(shí)現(xiàn)微控制器與SN75LBC184之間的隔離，通過對(duì)SN75LBC184芯 片DE端的控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)每一個(gè)接口硬件數(shù)據(jù)流方向的控制，使用過程中RS-485 接口用于掛接各種數(shù)據(jù)采集終端(電力儀表)；上位機(jī)通過調(diào)試串口7連接到 本發(fā)明，可以實(shí)現(xiàn)兩者之間的命令交互；以太網(wǎng)接口8為1個(gè)自適應(yīng)10/100M全 雙工以太網(wǎng)，帶有隔離變壓器和狀態(tài)指示燈，借此可以將本發(fā)明所采集的數(shù)據(jù) 以有線的方式傳送至上位子站或遠(yuǎn)程主站；無線傳輸模塊接口9至少掛接一個(gè)C函A/GPRS/GSM終端，用以將本發(fā)明所采集的數(shù)據(jù)以無線的方式傳送至上位子 站或遠(yuǎn)程主站。實(shí)際智能配電應(yīng)用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如附圖3所示。
微控制器模塊2包括微控制器10、 NAND FLASHll、 SDRAM12、 DATA FLASH13、 FRAM14以及輔助單片機(jī)電路15。微控制器10使用的是ATMEL公司ARM9 系列AT91SAM9260處理器；NAND FLASHll的容量為256M; SDRAM12的容量為 64M; DATA FLASH13的容量為8M; FRAM14的容量為2KB;輔助單片機(jī)電路15包括 一片AT89C2051單片機(jī)、 一片DS1232看門狗芯片、 一個(gè)ATQ209信號(hào)繼電器。所 述微控制器10和輔助單片機(jī)電路15均包括時(shí)鐘電路。該模塊完成的功能包括 對(duì)以不同方式接入的各種數(shù)據(jù)采集終端能夠以統(tǒng)一的流程與子站或主站通信， 統(tǒng)一了數(shù)據(jù)通信格式；嵌入式系統(tǒng)內(nèi)采用智能化監(jiān)控、診斷算法(包括但不僅 限于火災(zāi)綜合預(yù)警算法、電力情況綜合指數(shù)等)，能夠自動(dòng)實(shí)現(xiàn)通信、終端設(shè) 備等的故障定位、隔離；具備大存儲(chǔ)容量，能夠儲(chǔ)存三個(gè)月以上的歷史故障、 定值信息等數(shù)據(jù)；由于具有故障隔離功能，當(dāng)系統(tǒng)任一部分出現(xiàn)通信故障時(shí)， 不影響系統(tǒng)對(duì)采集數(shù)據(jù)的正常存儲(chǔ)，可靠性高，由于本發(fā)明本身具有自治性， 對(duì)于不需要子站或遠(yuǎn)程主站的用戶，能夠脫離上位機(jī)獨(dú)立運(yùn)行，適用用戶群體 廣泛。
顯示模塊3包括11個(gè)狀態(tài)指示發(fā)光二極管(LED)，分別用于指示電源狀 態(tài)、RS-485接口以及RS-232接口的收發(fā)狀態(tài)等。
電源模塊4由相互獨(dú)立的兩個(gè)子模塊組成， 一個(gè)模塊是以Power Integrations公司的T0P243Y芯片為核心的開關(guān)電源，用于在正常工作時(shí)給本 發(fā)明的各部件供電;另一模塊為由一個(gè)+3.3V鋰電池構(gòu)成的供電電路，用于在 本發(fā)明斷電時(shí)維持系統(tǒng)時(shí)鐘正常運(yùn)行。
配置程序5運(yùn)行于上位PC機(jī)(子站或遠(yuǎn)程主站均可)中，用于對(duì)掛接在本 發(fā)明RS-485接口6各端口上的數(shù)據(jù)采集終端(電力儀表)的數(shù)量、類型進(jìn)行任 意配置，從而使得本發(fā)明具有可配置性。本發(fā)明軟件系統(tǒng)基于嵌入式Lirmx系統(tǒng)的移植、裁剪技術(shù)、并在此基礎(chǔ)上 開發(fā)了多種智能算法及應(yīng)用程序，在軟件可靠性設(shè)計(jì)、硬件模塊的設(shè)計(jì)與選型 等方面均滿足了工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)對(duì)系統(tǒng)實(shí)時(shí)性和可靠性的要求。
權(quán)利要求
1、一種網(wǎng)絡(luò)型電力黑匣子，其特征在于由通信模塊(1)、微控制器模塊(2)、顯示模塊(3)、電源模塊(4)以及配置程序(5)組成。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的網(wǎng)絡(luò)型電力黑匣子，其特征在于所述的通信模塊(l)包括RS-485接口(6)、調(diào)試串口(7)、以太網(wǎng)接口(8)和無線傳輸模塊接口
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的網(wǎng)絡(luò)型電力黑匣子，其特征在于所述的微控制 器模塊(2)包括微控制器(10)、 NAND FLASH(ll)、 SDRAM(12)、 DATA FLASH(13)、 FRAM(14)以及輔助單片機(jī)電路(15)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的網(wǎng)絡(luò)型電力黑匣子，其特征在于所述的顯示模 塊(3)包括11個(gè)狀態(tài)指示發(fā)光二極管(LED)，分別用于指示電源狀態(tài)、RS-485 接口以及RS-232接口的收發(fā)狀態(tài)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的網(wǎng)絡(luò)型電力黑匣子，其特征在于所述的電源模 塊(4)由相互獨(dú)立的兩個(gè)子模塊組成，其中的一個(gè)模塊為由一個(gè)+3. 3V鋰電池構(gòu) 成的供電電路，用于在電力黑匣子斷電時(shí)維持系統(tǒng)時(shí)鐘正常運(yùn)行。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的網(wǎng)絡(luò)型電力黑匣子，其特征在于-所述的網(wǎng)絡(luò)型電力黑匣子具有可配置性，配置程序(5)運(yùn)行于上位PC機(jī)中，用 于對(duì)電力黑匣子的端口掛接設(shè)備進(jìn)行配置。
7. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的網(wǎng)絡(luò)型電力黑匣子，其特征在于所述的RS-485 接口(6)其端口數(shù)量為4個(gè)，每一個(gè)端口均支持硬件數(shù)據(jù)流方向控制；所述的調(diào) 試串口(7)用于實(shí)現(xiàn)電力黑匣子與上位機(jī)之間的命令交互；所述的以太網(wǎng)接口 (8)為1個(gè)自適應(yīng)10/100M全雙工以太網(wǎng)，帶有隔離變壓器和狀態(tài)指示燈，用于 以有線方式傳送電力黑匣子所采集的數(shù)據(jù)；所述的無線傳輸模塊接口 (9)至少 掛接一個(gè)CDMA/GPRS/GSM終端，實(shí)現(xiàn)電力黑匣子所采集數(shù)據(jù)的無線傳輸。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的網(wǎng)絡(luò)型電力黑匣子，其特征在于所述的RS-485 接口(6)對(duì)于掛接在其各端口上的數(shù)據(jù)采集終端(電力儀表)的數(shù)量、類型可 通過配置程序(5)在上位機(jī)中進(jìn)行任意配置。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種適用于配電自動(dòng)化系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)型電力黑匣子，屬于數(shù)據(jù)采集技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明由電源模塊、微控制器模塊、通信模塊、顯示模塊、上位機(jī)配置程序等組成。電源模塊用于提供電源給微控制器模塊和通信模塊；微控制器模塊以嵌入式處理器ARM9為核心，外部擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器FLASH和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器SDRAM；通信模塊具有多個(gè)不同種類的通訊端口；顯示模塊用于顯示系統(tǒng)當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)。所述電力黑匣子通過RS-485和RS-232端口掛接各種數(shù)據(jù)采集終端，能夠通過以太網(wǎng)、CDMA/GPRS/GSM等實(shí)現(xiàn)與上位管理單元的通信。本發(fā)明數(shù)據(jù)傳送方式種類豐富，配置靈活，能夠脫離上位機(jī)獨(dú)立運(yùn)行，自治性好。
文檔編號(hào)H02J13/00GK101651366SQ20091016933
公開日2010年2月17日 申請(qǐng)日期2009年8月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月26日
發(fā)明者揚(yáng) 張, 曲延濱, 李軍遠(yuǎn), 李支柱, 辛國(guó)棟 申請(qǐng)人:威海華通開關(guān)設(shè)備有限公司